(57)【要約】【課題】固体表面における微小領域の物性の評価方法およびそれに用いる走査型プローブ顕微鏡を提供することを目的とする。また評価対象は良導体に限ることなく、酸化物などの高抵抗率の物質であっても評価できるようにすることを目的とする。【解決手段】走査型プローブ顕微鏡を使用し、導電性を有する探針を試料表面に接触させ、試料と探針との間にバイアス電圧を印加し、試料の表面における探針の先端が接触する位置またはその近傍に光を照射し、試料と探針との間に流れる電流を検出し、検出した結果を用い物性を評価する。【選択図】図１
2005265435.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査型プローブ顕微鏡を使用した微小領域の物性評価方法であって、導電性を有する探針を試料の表面に接触させ、前記試料と前記探針との間にバイアス電圧を印加し、前記試料の表面の前記探針の先端が接触する位置またはその近傍に光を照射し、前記試料と前記探針との間に流れる電流を検出する各操作を備えていることを特徴とする微小領域の物性評価方法。
【請求項２】
前記光の波長、強度の少なくとも一方を変化させる操作を備えていることを特徴とする請求項１記載の微小領域の物性評価方法。
【請求項３】
前記光としてレーザ光を用いることを特徴とする請求項１又は２記載の微小領域の物性評価方法。
【請求項４】
前記試料に温度変化を与える操作を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の微小領域の物性評価方法。
【請求項５】
前記試料に磁場、電場、および音場の少なくともいずれかの変化を加える操作を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の微小領域の物性評価方法。
【請求項６】
試料表面に光を照射しないときの試料と探針との間に流れる電流を検出し、これとの対比をする操作を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の電流検出による微小領域の物性評価方法。
【請求項７】
導電性を有する探針と、
前記探針の先端を前記試料の表面に当接させる当接手段と、
前記探針の先端を前記試料の表面に当接させながら前記探針の先端と前記試料との位置関係を相対的に移動させる移動手段と、
前記試料の表面の前記探針の先端が当接する位置またはその近傍に光を照射する光照射手段と、
試料と探針との間にバイアス電圧を印加する電圧印加手段と、
試料と探針との間に流れる電流を検出する電流検出手段と、
を備えていることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
【請求項８】
前記光照射手段は、試料に照射する光の波長および強度の少なくとも一方を変化させる変化手段を備えていることを特徴とする請求項７記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項９】
前記照射手段は、レーザを光源とすることを特徴とする請求項７又は８記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項１０】
前記探針は、光てこ方式により変位を検出するカンチレバーに結合されており、前記光てこ方式による探針の変位を検出する光検出器は、光てこの光を透過させ前記光照射手段からの光を遮断するフィルターにより保護されていることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項１１】
前記試料に温度変化を与える温度変化手段を備えていることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか1項記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項１２】
前記試料に磁場、電場、および音場の少なくともいずれかを印加する印加手段を備えていることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか1項記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項１３】
前記移動手段による前記探針と前記試料との相対位置を移動させたときの探針の変位量から前記試料の表面形状を求め表示する表面形状表示手段を備えていることを特徴とする請求項７〜１２のいずれか１項記載の走査型プローブ顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体の表面における微小領域の物性評価方法およびそれに用いる走査型のプローブ顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体の表面における微小領域の物性評価方法には、その目的に応じた種々の方法が存在する。例えば半導体試料のドーパント分布を調べる方法として、二次イオン質量分析（特許文献１および特許文献２）がある。この方法は一次イオンを加速して試料に衝突させたときに、二次イオンとして試料から放出される構成元素の種類を質量分析によって評価するものである。この評価方法によれば、試料深さ方向のドーパント分布を高感度にて調べることができる。
【０００３】
しかし、この方法は試料に一次イオンを衝突させ、試料を構成する元素をイオン化して弾き飛ばす分析法であるため、非破壊の評価を行なうことができなかった。即ち、この方法では試料の組成分析はできるものの、試料の物性や特性など試料の状態についての詳細な評価が困難であった。また微小領域の分析評価という観点からすると、分析評価の領域を絞り込んだ場合の領域はおよそ１５μｍ×１５μｍであって、その分解能は約５００ｎｍ程度であり、それ以下の微小領域の分析評価が困難であるという問題点があった。
【０００４】
また近年、特に試料の微小領域の物性を調べたり特性を評価したりする手段として、走査型トンネル顕微鏡などの各種走査型プローブ顕微鏡が多く使用されるようになった。例えば探針を試料に接近させることによって生じるトンネル電流から物性量を求める方法（特許文献３）や、走査型トンネル顕微鏡の探針を半導体などの試料に接近させ、探針と試料の間にトンネル電流を流し、この電流によって試料にプラズモンモードを誘起させ、このプラズモンモードによって誘起される近接場光を検出することにより、試料のドーパント分布やキャリア密度などの物性量を求める方法（特許文献４）、また試料のバンドギャップよりも小さいエネルギーを持つ赤外光を試料に照射して表面プラズモンを励起し、これによって誘起される近接場光を測定することにより、試料のドーパント分布やキャリア密度などの物性量を求める方法（特許文献５）などが提案されている。
【０００５】
このほかに磁気記録媒体などの微細な領域での評価を行なう方法として、スピン偏極顕微鏡が提案されている（特許文献６）。これは探針に円偏光を照射してスピン偏極電子を生成し、この電子をトンネル効果により試料に注入し、トンネル電流を検出して評価するものである。
【０００６】
しかしながら、これらの方法は、例えば走査型トンネル顕微鏡の場合は、探針と試料との間にトンネル電流が流れる必要があり、このため試料は導電性を有するものでなければならないという制約があった。導電性を持たない物質に対しては、その表面に導電性の薄い膜を被覆して測定をすることが多く行なわれているが、この方法は表面の凹凸についての情報を得るものであって、その材料の物性や表面の特性を評価するものではなかった。
【特許文献１】特開２００１−５９８２６号公報
【特許文献２】特開２００１−１４１６７６号公報
【特許文献３】特開平７−７２１５９号公報
【特許文献４】特開２０００−１２６３６号公報
【特許文献５】特開２０００−２６０８３２号公報
【特許文献６】特開昭６２−１３９２４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、従来用いられてきた試料表面の微小領域の物性を評価する方法のうち、二次イオン質量分析は、微小領域の物性評価が困難であり、また走査型トンネル顕微鏡などの走査型プローブ顕微鏡を用いて物性を評価する方法は、試料が導電性を有するものに限られるという制約があった。
【０００８】
本発明は、試料表面の微小領域における物性評価について、従来技術における上記の問題点に着目し、こうした問題点を解決した新しい微小領域の物性評価方法を提供するとともに、これに用いる走査型プローブ顕微鏡を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、試料に光を照射したときの光伝導とそれによる光電流の挙動が試料の物性を反映することに着目し、走査型プローブ顕微鏡の機能を利用して微小領域における光電流の挙動を測定できるようにし、さらに光電流を検出し、これを微小領域における物性評価に用いることを目的として研究を重ねた結果、本発明に到達することができた。
【００１０】
本発明の微小領域の物性評価方法は、走査型プローブ顕微鏡を使用した微小領域の物性評価方法であって、導電性を有する探針を試料の表面に接触させ、試料と探針との間にバイアス電圧を印加し、試料の表面における探針の先端が接触する位置またはその近傍に光を照射し、試料と探針との間に流れる電流を検出する操作を備えていることを特徴とする。
【００１１】
本発明においては、試料表面に光を照射して光導電性を生じさせた状態で電圧を印加することにより、微小領域に流れる電流を検出する。このような光導電性は、光照射によって不純物準位の電子が導電帯にフォトキャリアとして励起されるか、あるいは価電子帯から電子が不純物準位に励起されて価電子帯に正孔が発生するなどの機構により生じるものと考えられる。ここに不純物準位は、母体中に不純物の存在によるもののほか、格子の不整があるなど種々の原因によって生成される。
【００１２】
半導体などの物質においては、光照射によって励起される電子または正孔のフォトキャリアはエネルギーバンドに励起されて自由電子となり、比較的大きな光導電性を示すことが多い。これに対し、酸化物の材料などの場合には、半導体の場合のような形にフォトキャリアが励起されるとは考えられないが、そのような材料の場合にも光照射により導電性が変化し光電流が検出できること、およびこの光電流を測定することによって材料の物性を評価することができることがわかった。
【００１３】
光照射によるフォトキャリアの励起は、照射する光のエネルギーに依存する。このため測定によって照射する光の波長とフォトキャリアの励起との関係を明らかにすれば、試料の物性について詳細な評価が可能となる。
【００１４】
本発明の走査型プローブ顕微鏡は、導電性を有する探針と、探針の先端を前記試料の表面に当接させる当接手段と、探針の先端を前記試料の表面に当接させながら前記探針の先端と前記試料との位置関係を相対的に移動させる移動手段と、試料の表面の前記探針の先端が当接する位置またはその近傍に光を照射する光照射手段と、試料と探針との間にバイアス電圧を印加する電圧印加手段と、試料と探針との間に流れる電流を検出する電流検出手段とを備えていることを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、測定対象の試料の導電性が小さい場合であっても、光を照射することによりキャリアを生成して導電性を高め、光電流を検出することができる。このため、従来は走査型プローブ顕微鏡で物性評価を行なうことが困難であった高抵抗率の材料についても、本発明の方法により物性評価を行なうことができる。
【００１６】
本発明の微小領域の物性評価方法では、探針と試料とを接触させ、これに光を照射し、バイアス電圧を印加することにより、流れる電流を検出する。この点において、本発明は探針と試料との間を非接触に保ち、探針と試料との間に流れるトンネル電流を一定に制御する通常の走査型トンネル顕微鏡を用いる評価方法とは異なっており、本発明は、通常の走査型トンネル顕微鏡では得られなかった光電流による試料の微小領域の物性評価を可能にしたものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、従来の方法では評価できなかった試料の微小領域の物性を評価することができるようになった。また、試料の導電性が小さい場合でも、光照射により導電性を与えることにより、微小領域の物性評価が可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に図面を参照し、本発明の実施の形態を示すことにより、本発明についてさらに詳細かつ具体的に説明する。
【００１９】
図１は本発明の光電流測定の構成についてその一実施形態を模式的に示した図である。図１において、導電性を有する探針１は、位置制御により試料２に接触した状態に保たれている。この位置制御は、探針１の位置を検出系によって検出し、その検出結果をスキャナ３にフィードバックすることにより精密に行われ、これによって探針１と試料２との間は距離をゼロの接触状態を保っている。探針１と試料２との間には、電圧制御部４からのバイアス電圧を印加している。他方、光源５からの光は集光部６により集光させ、試料２の表面を照射光９が照射する。試料２はこの光照射を受け、光導電効果によって導電率が増加し、バイアス電圧の印加により流れる電流量が増す。この電流量の増加は電圧電流特性の変化としても現われる。なお、探針１と試料２との接触状態は、ナノスコープなどの装置を用いて確認できるようにしておくことができる。
【００２０】
このようにして、探針１を試料２の面に接触させ、試料２に対し照射光９を照射して試料２に伝導電子や正孔などのキャリアを励起し、電圧制御部４により探針１と試料２との間に電圧を印加することにより光電流を発生させ、この光電流を測定し評価することによって、試料２の物性が評価される。
【００２１】
なお、図１に示した照射光９の集光部６を用いた照射では、探針１の背面から光を照射することにより、探針１が試料２に接触する位置またはその近傍に集光させている。この場合には光は探針１とその支持機構との背面によって遮られないようにし、十分な量の光が試料２の表面の探針１が接触する位置に集光されて照射されるようにする。このような構成を得るには、金属顕微鏡の構成や、特開平５−７１９４９号公報に記載の円筒状ランプハウスの構成などを利用することができる。
【００２２】
また図２に示したように、光源５から発した光は集光部６を用いて集光するとともに、図示したミラー１０あるいはプリズムなどを用いて光路を変えることにより、斜めの方向から試料２の表面の探針１が接触する位置またはその近傍に照射するようにしてもよい。また光ファイバを用い、照射光９を試料２の表面の探針１が接触する位置の近傍に導き、照射するようにしてもよい。さらに試料２の裏面からの照射が可能でありまた有効である場合には、裏面からの光照射を用いることもできる。なお図２において、図１と共通する部材の符号には同じ符号を用いた。
【００２３】
上記探針１には、通常入手可能な探針として、例えばシリコンナイトライド（窒化シリコン）や、カーボンナノチューブなどを材質とするものを用いることができ、その際に探針の材質が十分な導電性を有しない場合には、例えば、金、銀、銅などの金属コートをして導電性を付与したものを用いることができる。例えばシリコンナイトライドに金属コートをして金属導電性を持たせたものを好ましく用いることができる。
【００２４】
探針１が金属導電性を有し、試料２が半導体としての導電性を有する場合には、探針１と試料２とが接触しショットキー接合が形成される。この接合面に電界を印加し、光照射により試料２に電子あるいは正孔をキャリアとして励起し光電流を発生させ、この電流を測定することにより、試料２の探針１が接触している微小領域に特徴的な物性が評価できる。この際、照射する光の波長や入射光量を変化させて光電流の光波長および光強度依存性を調べることにより、試料２の物性について詳細な情報を得ることができる。
【００２５】
なお、光照射をしない状態にて探針１と試料２の間の電圧電流特性を測定し、即ち暗電流特性を測定し、これと上記した光電流特性とを比較することにより、試料２のドーパント分布や電流障壁の高さなどの物性について、より有力なデータを得ることができる。
【００２６】
このようにして測定されたデータは、図１の電流測定部７を経てディジタルデータ変換され、パーソナルコンピュータ８に入力される。パーソナルコンピュータ８では、内蔵されたソフトウエアにより、電流−電圧特性やその分布を算出し、その結果を表示部９に表示することができる。また光を照射しない場合の電流−電圧特性を測定し、これとの差異を求めこともできる。この測定を探針１の位置を変化させて行なうことにより、この走査型プローブ顕微鏡の分解能にて、その平面分布を得ることができる。
【００２７】
こうした光電流測定とその解析においては、バイアス電圧を一定にし、照射する光の波長や光量を変化させることにより光電流特性の光波長依存性や光量依存性を測定することや、光照射条件を一定にして温度を変化させることにより光電流特性の温度依存性を測定することによって、試料２の微小領域における物性およびその分布をより詳細に評価し、またこれを表示することができる。
【００２８】
多くの酸化物などの物質を試料２とする場合には、常温における試料２の抵抗率が高いために試料２に探針１を接触させ、バイアス電圧を印加し光を照射した場合にも、流れる電流値が小さく、光電流の測定が困難となる場合がある。このような場合には、試料２を昇温して抵抗率を小さくした上で光照射を行なうことにより、測定の容易な光電流を得ることができることがわかった。このように光電流を促す手段として、試料２の温度を局部的にあるいは試料２全体として変化させる方法を補助的に用いることができる。試料２の温度を変化させるための具体的な手段として、例えば高温試料台を用いる方法を選択することができる。このような目的に用いることのできる高温試料台としては、例えばセイコーインスツルメンツ社製のものなどを挙げることができる。
【００２９】
図３は上記光源５として用いることのできるレーザーダイオードの一例として波長４０７ｎｍの光を発光するレーザーダイオード（ネオアーク社製）について、制御電流と発振出力との関係を示した図である。このレーザーダイオードを用いる場合には、制御電流４５ｍＡ以上にすれば発振出力を制御電流によって調整することができることがわかる。
【００３０】
また上記光源５として、例えば水銀ランプなどの各種のランプを、それぞれの持つ波長分布の特徴を生かして使用することができる。
【００３１】
また本発明の微小領域の物性評価においては、試料２に光を照射し、光電流を測定する場合に、上記したように、試料２を加熱して温度変化を与えるほかに、、光電流を測定する際に試料２に磁場、電場、および音場の少なくともいずれかの変化を加えることができる。これらのいずれかを加えることによって生じる検出電流の変化から、試料２の物性についてより多くの情報を得ることができる。
【００３２】
次に、本発明の微小領域の物性評価に用いる装置における探針１と試料２との間の相対位置制御、およびこれらの間の接触状態制御を含む装置構成について、その要点を述べる。
【００３３】
図４はこのような装置構成の一実施形態のブロック図である。このブロック図は、微細領域の光電流特性を測定し評価するブロックＡと、探針１と試料２との相対位置を制御し探針１と試料２との接触状態を制御するブロックＢとに分けることができる。
【００３４】
ブロックＡは、光電流測定部を構成している。ブロックＡの光電流測定部では、図１にてすでに述べたように、接触状態を保った探針１と試料２との間にバイアス電圧を印加し、光源５からの光が集光部６により集光されて試料２の表面に照射することによって、探針１と試料２との間に流れる光電流の信号を、電流検出前置増幅部１１にて検出し電流増幅部１２にて増幅し、電流データ処理部１３にてデータ処理する。この図４の１１〜１３は図１ｌの符号７〜８に対応している。こうして電流データ処理部１３にてデータ処理した結果は、電流特性表示部１４にて表示する。
【００３５】
他方、ブロックＢは、ブロックＡにおける微細領域の光電流特性の測定に必要な探針１と試料２との間の相対位置関係および探針１と試料２との接触状態を精密に制御するものである。その構成および機能は、通常の走査型トンネル顕微鏡などの走査型プローブ顕微鏡と同様である。ブロックＢにおいて、制御部１７はピエゾ素子１８と探針１と試料２との相対位置を大きく動かすための粗動機構２０とを制御し、探針１を試料２に対し相対的に移動させて走査を行なわせるとともに、探針１と試料２との間の接触状態を保持する。なお、探針１と試料２との相対位置制御のアクチュエーターであるピエゾ素子１８は探針側に設けて位置制御をすることもできる。
【００３６】
試料２に接触させた探針１の位置は、静電容量式あるいは光てこなどの方式を用いた探針変位検出部１５によって検出し、その検出結果は変位データ処理部１６にて処理した後、制御部１７に入力し、この入力に基づく制御信号をスキャナを構成するピエゾ素子１８に入力し精密な制御を行なう。この制御結果は試料２の表面形状を反映したものであり、これを表面形状表示部１９にて表示する。
【００３７】
探針１の変位検出には、光てこ方式を用いることができる。光てこ方式を用いる際には、光てこによる位置制御が光源５によって乱されないようにする必要があり、また試料２の光電流が光てこ方式に用いる光の影響を受けないようにする必要がある。このため、測定対象の試料２に光導電効果を生じない波長の光を光てこ用の光として選択し用いることが好ましい。また光てこに用いるフォトディテクターは、光てこ方式に用いられる光の波長域近傍の光のみを通す光学フィルタで保護し、光てこ方式に用いられる光の波長域近傍の光だけを検出するようにすることが好ましい。
【００３８】
図５には光てこに用いられるフォトディテクターの分光感度の一例を点線にて示した。このフォトディテクターを光学フィルタで保護し、例えば図５に実線で示したように、光てこ方式に用いられる光の波長域近傍だけ感度を有するようにすることができる。こうすることによって、光源５の光の影響を除くことができ、光てこの機能が光源５の光によって乱されるのを避けることができる。
【００３９】
次に本発明の実施例を述べる。なおこれら実施例は、本発明の具体例を示したものであって本発明の範囲を限定するものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の各請求項に基づいて判断される。
【実施例１】
【００４０】
図１に示した光電流測定の構成を用い、サイズが２５ｍｍ×２５ｍｍ×１ｍｍのシリコンウエハであってボロンのドープされた試料２について、微細領域の光電流特性を測定した。走査型プローブ顕微鏡装置（ＳＰＡ−３００ＨＶ、セイコーインスツルメンツ社製）の備えた機能を利用することにより、上記した図４のブロックＢに示した探針１と試料２との間の位置制御を行なった。また光源５としては、波長４０７ｎｍの光を発光するレーザーダイオード（ネオアーク社製）を用いた。また集光部６には、利用した走査プローブ顕微鏡に付属の金属顕微鏡（オリンパス社製）を用いた。また測定された電流データの処理（ディジタル処理）は、走査プローブ顕微鏡装置に付属したソフトウエアを利用した。
【００４１】
この装置では、探針１の位置検出に光てこ方式を採用している。また試料台を載せるスキャナ３にはピエゾ素子を用いており、ｘｙ方向を±２００Ｖ／１８ｂｉｔ、ｚ方向を±２００Ｖ／２１ｂｉｔにて制御することができる。分解能はｘｙ方向に０．３ｎｍ、ｚ方向に０．０１ｎｍを有し、探針１−試料２間のバイアス電圧を±１０Ｖの範囲内で可変できる。また探針１には、シリコンナイトライドの材質に金属の導電性コートとして金をコートしたものを用いた。
【００４２】
上述した各構成により、探針１と試料２とを接触させ、金属とシリコンウエハのショットキー接合を形成し、以下に述べる微小領域の電圧−電流特性データの測定を行なった。
【００４３】
なお、電圧−電流特性データの取得に先立ち、走査電子顕微鏡の機能を利用し、データ処理には装置に付属のコンピュータソフトウエアを用い、シリコンウエハの試料２の形状像、電流像、および摩擦像の観察を試みた。その結果、形状像については、シリコンウエハが非常に平坦で±０．０１ｎｍなので、面の形状による信号は周囲のノイズレベル以下であった。また電流像には、原子の規則的な配列による紋様が観察された。さらにシリコンウエハ面の摩擦像も形状像の場合と同様、周囲のノイズレベル以下であった。
【００４４】
続いて光を照射しない場合のシリコンウエハの電流−電圧特性を求めた。測定範囲はｘｙ方向の１００ｎｍ角の範囲とし、１０ｎｍごとに位置を移動しながら、このバイアス電圧に対する電流の関係を求めた。測定結果のデータ処理には走査型プローブ顕微鏡に付属したソフトウエアを用い、各位置について横軸を電圧、縦軸を電流とした電圧−電流特性を得た。
【００４５】
この結果を図６に示した。図６の電圧−電流特性はショットキー接合が得られていることを示している。図６において、電圧−電流特性はほぼよく揃い、負電圧側の降伏電圧もよく揃ったものとなった。
【００４６】
次に光源５のレーザーダイオードを用いて光照射を行なった状態で同じ測定点に対し同様の測定を行なった。その結果を図７に示す。図７の測定結果によれば、電圧−電流特性の曲線としてほぼ一つの曲線群にまとまり降伏電圧もほぼ揃っているもの７ａのほかに、より低い降伏電圧を持つ電圧−電流特性の曲線７ｂが出現している。これは光照射によってシリコンウエハの特定の部分にキャリアが励起され、この部分の降伏電圧を低めているものである。
【実施例２】
【００４７】
実施例１のシリコンウエハ試料２について測定位置を変え、別の１００ｎｍ角の範囲について、実施例１と同じ手順にて微細領域の電圧−電流特性を求めた。まず、光を照射しない状態での電圧−電流特性を求めた。その結果を図８に示す。図８において、電圧−電流特性の負電圧側すなわち逆バイアス側に着目すると、電圧−電流特性がほぼ揃い降伏電圧がほぼ揃った曲線群８ａのほかに、より低い降伏電圧を持つ電圧−電流特性曲線８ｂが存在していることがわかる。これはシリコンウエハの不純物部分に対応し、これがショットキー接合特性を変化させ、特にその降伏電圧を低くしているものと考えられる。
【００４８】
次に光源５のレーザーダイオードを用いて光照射を行なった状態で同じ測定点に対し同様の測定を行なった。その結果を図９に示す。図９では電圧−電流特性の曲線がほぼ一つの曲線群に収束し、それらの降伏電圧もほぼ揃っている。これは光照射によって試料２にキャリアが供給されたことにより、シリコンウエハの不純物部分だけでなく他の部分にもキャリアを有するようになり、その結果、降伏電圧がほぼ揃うようになったことを示している。
【００４９】
このように、光を照射しない場合には見出されない試料２の物性の差異が、光を照射して光電流を測定することにより、明瞭な電圧−電流特性の差異として検出されることがわかる。
【実施例３】
【００５０】
寸法が２５ｍｍ×２５ｍｍ×１ｍｍのβ‐アルミナの試料２について、微細領域の光電流特性を測定した。高温試験台を用いて試料２の温度を４００℃に高めたほかは、測定条件は実施例１と同じにした。ここで試料２の温度を４００℃としたのは、図１０に示したガラスおよび関連材料の電気伝導度の温度変化（作花済夫著「ガラス科学の基礎と応用」による）において、β‐アルミナの導電率σは４００℃にて約１０−１Ω−１・ｃｍ−１、従って抵抗率が約１０Ω・ｃｍ（１０−１Ω・ｍ）になり、簡便に電流測定ができることに着目したものである。
【００５１】
測定の結果を図１１に示す。この図１１においては一つの測定点の電圧電流曲線だけが逆バイアスのもとで低い降伏電圧を示している。各測定点のうち、この測定点だけが光照射によってキャリアの増加が顕著であり、降伏電圧の低下が生じたものと考えられる。こうして試料２の各測定点のうち、この測定点の位置が他の位置とは材料の物性が異なっていることを見出すことができた。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明により、試料に光照射を行なって微小領域の光電流を測定する方法を用いれば、従来の方法では明らかにできなかった微小領域の物性の評価が可能となつた。また試料が常温では良導体ではないもの、例えばガラスなどの材料に対しても、試料の温度を高めて導電性をを高めた状態で光照射を行なって微小領域の光電流を測定することにより、比較的簡便に物性評価ができる。このため、本発明の新しい物性評価手段は、材料分野をはじめ、多くの産業分野において幅広く利用されるようになるものと期待される。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明による光電流測定の構成の一実施形態を模式的に示した図である。
【図２】本発明による光電流測定において試料に対し斜めの方向から光を照射する場合の一実施形態を模式的に示した図である。
【図３】本発明において、光源として用いるレーザーダイオードの制御電流と発振出力との関係の一例を示した図である。
【図４】本発明における微小領域の物性評価に用いる装置における探針と試料との相対位置の制御を含めた構成の一実施形態について、その要部を示したブロック図である。
【図５】光てこに用いられるフォトディテクターを光学フィルタで保護した場合の感度曲線の例を示した図である。
【図６】実施例１においてシリコンウエハに光を照射しない場合の１０ｎｍごとに位置を移動し、各点のバイアス電圧に対する電流の関係を求めた結果を示した図である。
【図７】実施例１においてシリコンウエハに光照射を行なった状態で１０ｎｍごとに位置を移動し、各点のバイアス電圧に対する電流の関係を求めた結果を示した図である。
【図８】実施例２においてシリコンウエハに光を照射しない場合の１０ｎｍごとに位置を移動し、各点のバイアス電圧に対する電流の関係を求めた結果を示した図である。
【図９】実施例２においてシリコンウエハに光照射を行なった状態で１０ｎｍごとに位置を移動し、各点のバイアス電圧に対する電流の関係を求めた結果を示した図である。
【図１０】ガラスおよび関連材料の電気伝導度の温度変化を示した図である。
【図１１】実施例３においてβ‐アルミナの試料を高温試験台を用いて温度を４００℃に高めた状態で微細領域の光電流特性を測定した結果を示した図である。
【符号の説明】
【００５４】
１…探針、２…試料、３…スキャナ、４…電圧制御部、５…光源、６…集光部、７…電流測定部、８…パーソナルコンピュータ、９…表示部、１１…電流検出前置増幅部、１２…電流増幅部、１３…電流データ処理部、１４…電流特性表示部、１７…制御部、１８…ピエゾ素子、１９…表面形状表示部、２０…粗動機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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